第3章80x86指令系統(tǒng)和尋址方式 
    指令是計算機能接受的軟件工作者命令的*小工作單元，它*終是由計算機內(nèi)的電器元件狀態(tài)來體現(xiàn)的，這一狀態(tài)為譯碼器所識別，并經(jīng)一定時間周期付諸實施，這種指令稱為機器指令。一條機器指令應(yīng)包含兩部分內(nèi)容: 一是要給出此指令要完成何種操作，這部分稱為指令操作碼；二是要給出參與操作的對象是什么，此部分稱為操作數(shù)，在指令中可以直接給出操作數(shù)的值，或者操作數(shù)存放在何處，操作的結(jié)果應(yīng)送往何處等信息。處理器可根據(jù)指令字中給出的地址信息求出存放操作數(shù)的地址——稱為有效地址，然后對存放在有效地址中的操作數(shù)進行存取操作。指令中關(guān)于如何求出存放操作數(shù)有效地址的方法稱為操作數(shù)的尋址方式。計算機按照指令給出的尋址方式求出操作數(shù)有效地址和存取操作數(shù)的過程稱為尋址操作。計算機的指令系統(tǒng)就是指該計算機能夠執(zhí)行的全部指令的集合。 
    本章首先介紹16位微處理器8086/8088的常用指令和尋址方式，在此基礎(chǔ)上以80386為對象講述32位微處理器的指令系統(tǒng)和尋址方式。對80x86的控制轉(zhuǎn)移類指令、串操作與重復(fù)前綴指令、子程序調(diào)用與返回指令以及中斷調(diào)用與返回指令的講解將穿插在第4章的匯編語言程序設(shè)計以及第8章的中斷和DMA技術(shù)中介紹，其目的就是為了使學(xué)習(xí)者更好地理解和應(yīng)用這些指令。 
    本章的主要內(nèi)容如下: 
    �r 80386的尋址方式和指令系統(tǒng)。 
    �r 80486/Pentium微處理器新增指令。 
   3.18086指令系統(tǒng)概述〖1〗3.1.1數(shù)據(jù)類型計算機中的數(shù)是用二進制表示的，數(shù)的符號也是用二進制表示的。把一個數(shù)連同其符號在機器中的表示加以數(shù)值化稱為機器數(shù)，實際上機器數(shù)是將符號“數(shù)字化”所得到的數(shù)。計算機執(zhí)行指令過程中需要處理各種類型的機器數(shù)，可處理的數(shù)據(jù)類型有7種。 
    1. 無符號二進制數(shù) 
    無符號二進制數(shù)是指不帶符號位的一個字節(jié)、字或雙字的二進制數(shù)。2. 帶符號二進制數(shù) 
    帶符號二進制數(shù)有正、負(fù)之分，均以補碼形式表示。補碼由符號位加數(shù)值兩部分組成。帶符號數(shù)的*高位表示符號位，*高位為0表示為正，*高位為1表示為負(fù)。正數(shù)的補碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補碼是符號位保持不變（即為1），其余各位按位取反，再在*末位加1。 
    3. BCD碼 
    BCD碼是用二進制數(shù)的形式表示的十進制數(shù)。計算機中BCD碼有兩種，分別是非壓縮BCD碼和壓縮BCD碼兩種。前者用8位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)，那么一個字節(jié)能表示的十進制數(shù)的范圍是0～9；后者用4位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)，那么一個字節(jié)能表示的十進制數(shù)的范圍是0～99。例如，17的非壓縮BCD碼是0000000100000111B，即0107H；壓縮BCD碼是00010111B，即17H。 
    4. 定點數(shù)和浮點數(shù) 
    在計算機中,針對小數(shù)點的處理有兩種表示方法，分別是定點數(shù)表示法和浮點數(shù)表示法。 
    1） 定點數(shù)表示法 
    定點數(shù)表示法就是小數(shù)點固定在某個位置上。在定點計算機中,一般將小數(shù)點定在*高位(即純小數(shù))或?qū)⑿��?shù)點定在*低位(即純整數(shù))。 
    2） 浮點數(shù)表示法 
    浮點表示法就是小數(shù)點的位置不固定。浮點數(shù)在計算機中通常的表示形式為“2的正/負(fù)階碼次方×尾數(shù)”，其中階碼是一個正整數(shù),尾數(shù)是一個小數(shù),尾數(shù)的區(qū)間為\[0.5,1\],如果尾數(shù)不在此區(qū)間,則要進行規(guī)格化。規(guī)格化通過尾數(shù)左右移、階碼加減完成，其規(guī)則是： 尾數(shù)左移一次，階碼減1，尾數(shù)右移一次，階碼加1。 
    5. 串?dāng)?shù)據(jù) 
    計算機可以處理的串?dāng)?shù)據(jù)有以下幾種： 
    �r 位串，一串連續(xù)的二進制數(shù)。 
    �r 字節(jié)串，一串連續(xù)的字節(jié)。 
    �r 字串，一串連續(xù)的字。 
    �r 雙字串，一串連續(xù)的雙字。 
    6. ASCII碼數(shù)據(jù) 
    ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼）是一種字符數(shù)據(jù)的常用表示方法。包括ASCII碼字符、ASCII碼數(shù)和ASCII控制符等。 
    7. 指針類數(shù)據(jù) 
    指針類數(shù)據(jù)包括近程指針和遠程指針。前者為16位的偏移量，用于段內(nèi)尋址、段內(nèi)數(shù)據(jù)訪問或轉(zhuǎn)移；后者由16位段值和16位的偏移量組成，用于段間尋址、段間數(shù)據(jù)訪問或段間轉(zhuǎn)移。 
    另外，在8086/8088處理機中，為了達到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的*大靈活性和*有效地使用內(nèi)存，字?jǐn)?shù)據(jù)不必定位于偶數(shù)地址，即允許不按2 的倍數(shù)邊界對齊。但是，對齊的字?jǐn)?shù)據(jù)可以一次傳送，而未對齊的字?jǐn)?shù)據(jù)則需要兩次傳送。為了獲得*佳性能，一般將字操作對齊于偶地址。 
    3.1.280x86指令的基本組成 
    80x86的匯編指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼是指令的操作命令，操作數(shù)是指令的操作對象。匯編指令*后要翻譯成機器指令。 
    1. 指令的操作碼 
    80x86的機器指令的操作碼（OP）采用二進制代碼表示本指令所執(zhí)行的操作。在大多數(shù)指令的操作碼中，常用某位指示圖3.18086操作碼格式 
    某些具體操作信息。圖3.1所示的8086操作碼含有3個特征位，分別為W位、D位和S位。它們的含義如下: 
    (1) W位是字操作標(biāo)志位。當(dāng)W=1時，表示當(dāng)前指令進行字操作；當(dāng)W=0時，表示當(dāng)前指令進行字節(jié)操作。 
    (2) D位是對目標(biāo)操作數(shù)進行寄存器尋址的標(biāo)志。對于雙操作數(shù)指令（立即數(shù)指令和串操作指令除外），其中一個操作數(shù)必定由寄存器指出。這時，寄存器名通過后面的REG域指出，此外，要用D位指出寄存器所尋址的是源操作數(shù)還是目標(biāo)操作數(shù)。如D=1，則寄存器所尋址的是目標(biāo)操作數(shù)；如D=0，則寄存器所尋址的是源操作數(shù)。 
    (3) S位是符號擴展位。一個8位補碼可以擴展為16位補碼。使所有高位等于低位字節(jié)的*高有效位（即符號位），這種擴展叫符號擴展，在加法指令、減法指令和比較指令中，S位和W位結(jié)合起來指出各種情況。例如，S=0，W=0時，為8位操作數(shù)；S=0，W=1時，為16位操作數(shù)。 
    2. 機器指令格式 
    80x86的機器指令為1～6B。一般用指令的*個字節(jié)或者頭兩個字節(jié)表示指令的操作碼和尋址方式，通常稱為操作碼域。操作碼指出了執(zhí)行這條指令時CPU要做什么操作，尋址方式則表示執(zhí)行指令時所用的操作數(shù)的來源。圖3.2給出了8086指令格式。 
    圖3.28086指令格式 
    緊隨在操作碼域后的字節(jié)一般稱操作數(shù)域。至于操作數(shù)域?qū)儆趫D3.2中的哪一種情況，要由指令前半部分的操作碼和尋址方式確定。這里有幾點需要指出: 
    (1) 一條指令可以包含一個操作數(shù)，也可以包含一個以上的操作數(shù)。具有一個操作數(shù)的指令稱為單操作數(shù)指令，單操作數(shù)指令中的操作數(shù)可能由指令本身提供，也可能由指令隱含地指出。 
    (2) 若位移量或立即數(shù)為16位，那么在指令代碼中，將低位字節(jié)放在前面，高位字節(jié)放在后面。 
    (3) 80x86指令系統(tǒng)中大多數(shù)指令的操作碼安排在*個字節(jié)，但有幾條指令是特殊的，其指令中的*個字節(jié)不但包含操作碼成分，而且還隱含地指出了寄存器名，從而整個指令只占一個字節(jié)，成為單字節(jié)指令。這些指令字節(jié)數(shù)*少，執(zhí)行速度*快，用得也*頻繁。 
    3. 指令的執(zhí)行時間 
    指令執(zhí)行時間取決于時鐘周期長短和執(zhí)行指令所需要的時鐘周期數(shù)。如果涉及內(nèi)存操作，那么執(zhí)行一條指令的時間為基本執(zhí)行時間加上計算有效地址所需要的時間。 
    8086的總線部件和執(zhí)行部件是并行工作的，因此在計算指令的基本執(zhí)行時間時都假定要執(zhí)行的指令已經(jīng)預(yù)先放在指令隊列中，也就是說，沒有計算取指時間。有些指令在執(zhí)行過程中要多次訪問內(nèi)存，因此，訪問內(nèi)存的次數(shù)也是考慮指令執(zhí)行總時間的重要因素。 
    可見，執(zhí)行一條指令所需的總時間為基本執(zhí)行時間、計算有效地址的時間和為了讀取操作數(shù)和存放操作結(jié)果需訪問內(nèi)存的時間之和。 
    3.28086/ 8088的尋址方式和指令系統(tǒng)〖1〗3.2.18086/8088的尋址方式在計算機的存儲器系統(tǒng)中存儲著兩類信息，一是數(shù)據(jù)，二是程序。這里所說的程序就是指令序列。8086/8088的尋址方式包括程序?qū)ぶ贩绞胶蛿?shù)據(jù)尋址方式。數(shù)據(jù)尋址方式是指獲取指令所需的操作數(shù)或操作數(shù)地址的方式。程序的尋址方式是指在程序中出現(xiàn)轉(zhuǎn)移和調(diào)用時的程序定位方式。 
    1. 數(shù)據(jù)尋址方式 
    數(shù)據(jù)尋址方式就是尋找參加運算的操作數(shù)的方式。80x86指令中所需的操作數(shù)來自以下3個方面。 
    (1) 操作數(shù)包含在指令中。在取指令的同時，操作數(shù)也隨之得到，這種操作數(shù)稱為立即數(shù)。 
    (2) 操作數(shù)包含在CPU的某個內(nèi)部寄存器中，這種操作數(shù)稱為寄存器操作數(shù)。 
    (3) 操作數(shù)包含在存儲器中，這種操作數(shù)稱為存儲器操作數(shù)。 
    存儲器操作數(shù)存放在內(nèi)存單元中，在80x86微機系統(tǒng)中，任何內(nèi)存單元的地址均由段基址和偏移地址（又稱偏移量）組成，段基址由段寄存器提供，而偏移地址由以下4個基本部分組成。 
    (1) 基址，8086/8088系統(tǒng)的基址寄存器為BX和BP。 
    (2) 變址，8086/8088系統(tǒng)的變址寄存器為SI和DI。 
    (3) 比例因子，采用1、2、4或8幾種不同的比例因子。8086/8088系統(tǒng)中比例因子為1。 
    (4) 位移量，即相對于某個存儲單元的偏移量。 
    這4個部分稱為偏移地址的四元素。一般將這四元素按某種計算方法組合形成的偏移地址稱為有效地址（Effective Address，EA）。它們的組合和計算方法為 
    有效地址=基址+變址×比例因子+位移量 
    根據(jù)80x86系統(tǒng)的存儲器組織方式，指令中不能使用實際地址（即物理地址），而只使用邏輯地址或稱為操作數(shù)的線性地址，因此在求得有效地址后，可由有效地址和段首址形成邏輯地址。這4種元素可優(yōu)化組合出9種存儲器尋址方式。圖3.3給出這4種元素的優(yōu)化組合的尋址計算方法。 
    圖3.38086/8088的操作數(shù)尋址方式1) 立即尋址，操作數(shù)為立即數(shù) 
    8086/8088指令系統(tǒng)中，有一部分指令所用的8位或16位操作數(shù)由指令機器碼提供，這種方式稱為立即尋址方式，即操作數(shù)直接包含在指令機器碼中，它緊跟在操作碼的后面，與操作碼一起放在代碼區(qū)域中。 
    例3.10AH,AL=7FH 
    MOVAL,5H ;AX←5H立即尋址方式主要用于給寄存器或存儲單元賦初值。因為操作數(shù)可以從指令中直接取得，不需要運行總線周期，所以立即數(shù)尋址方式的顯著特點是執(zhí)行速度快。 
    2) 寄存器尋址，操作數(shù)為寄存器操作數(shù) 
    寄存器尋址是指操作數(shù)包含在CPU內(nèi)部的寄存器中。對于16位操作數(shù)，寄存器可以是AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP，而對于8位操作數(shù)，寄存器可以為AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。寄存器尋址的指令本身存放在存儲器的代碼段，而操作數(shù)則在CPU寄存器中。由于指令執(zhí)行過程中不用訪問存儲器，因此執(zhí)行速度很快。 
    寄存器尋址可以進行16位操作數(shù)操作，也可進行8位操作數(shù)操作。 
    例3.2MOVAX,BX 
    MOVAH,AL3) 存儲器尋址，操作數(shù)為存儲器操作數(shù) 
    （1） 直接尋址。 
    直接尋址方式是在指令的操作碼后面直接給出操作數(shù)的16位偏移地址，這個偏移地址也稱有效地址(EA)。該有效地址與指令的操作碼一起存放在內(nèi)存的代碼段，也是低8位在前，高8位在后。操作數(shù)隱含數(shù)據(jù)段操作，存放在內(nèi)存的數(shù)據(jù)段(DS)區(qū)域中，在給定的16位有效地址的地方。 
    例3.33000H×10H+2000H=32000H 
    直接尋址一般多用于存取某個存儲單元中的操作數(shù)，例如從一個存儲單元取操作數(shù)，或者將一個操作數(shù)存入某個存儲單元。 
    （2） 寄存器間接尋址。 
    寄存器間接尋址方式是指令中的操作數(shù)存放在存儲器中，存儲單元的有效地址由寄存器指出，這些寄存器可以是BX、BP、SI、DI之一，即有效地址EA=基址寄存器的內(nèi)容或變址寄存器的內(nèi)容，對寄存器指向的存儲單元進行數(shù)據(jù)操作。這些用來存放存儲器操作數(shù)偏移地址的寄存器稱為地址指針。 
    下面分別以BX、SI、DI進行寄存器間接尋址（BX、SI、DI作為地址指針）的方式與以BP進行寄存器間接尋址（BP作為地址指針）的方式為例進行說明。在以BX、SI、DI進行寄存器間接尋址時，隱含的數(shù)據(jù)段寄存器為DS；而在以BP進行寄存器間接尋址時，隱含的數(shù)據(jù)段寄存器為SS。 
    例3.4DS×16+BX 
    MOVBX,\[SI\] ;物理地址=DS×16+SI 
    MOV\[DI\],DX ;物理地址=DS×16+DI例3.5SS×16+BP無論用BX、SI、DI或者BP作為間接寄存器，都允許段超越，即也可以使用上面所提到的約定情況以外的其他段寄存器。 
    例3.6ES×16+BX 
    MOVDS:\[BP\],DX ;物理地址=DS×16+BP（3） 相對寄存器尋址。 
    相對寄存器尋址的有效地址EA=基址寄存器的內(nèi)容或變址寄存器的內(nèi)容±16位或8位位移量。以BX、SI、DI進行寄存器間接尋址（BX、SI、DI作為地址指針）的方式，隱含的段寄存器為數(shù)據(jù)段寄存器DS；而以BP進行寄存器間接尋址（BP作為地址指針）的方式，隱含的段寄存器為堆棧段寄存器SS。
    ……